DE3010274C2

DE3010274C2 - Welding process for the joint welding of steels and cast iron that can be welded with steel fillers

Info

Publication number: DE3010274C2
Application number: DE19803010274
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof. Dr.-Ing. 5650 Solingen Seybold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-11-11
Also published as: DE3010274A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißverfahren für die Verbindungsschweißung von Stählen sowie von mit Stahlzusatzwerkstoffen schweißbarem Gußeisen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a welding method for the joint welding of steels and of Cast iron weldable with additional steel materials of the type specified in the preamble of claim 1 Art.

Ein derartiges Schweißverfahren ist nach der DE-AS 1117 362 bekannt. Hiernach soll eine Verbindungsschweißung bei schadhaft gewordenen Stahlwerkskokillen vorgenommen werden, wobei im Lichtbogen einer stromführenden Stahlelektrode ein Stab aus Zusatzmaterial in Form von Gußeisen mit 3.3% Kohlstoff abgeschmolzen wird. Man kommt hierdurch zunächst zu einer Grundnaht mit 2,3% Kohlenstoff, auf die dann mittels einer Gußeisenelektrode Auffüllgut erhöhi· ί Kohlenstoffgehaltes aufgetragen wird. Dadurch la .t sich erreichen, daß ein Abblättern der insgesamt aufgetragenen Schweiße auch bei starker Beanspruchung der Stahlwerkskokillen im Vakuumguß vermie· den wird. Wesentlich hierfür ist, daß in der Grundnaht infolge der Verwendung einer Stahlelektrode der Phosphorgehalt gegenüber dem Gußeisen geringer und die Gehalte an Molybdän, Chrom und Kupfer höher als im Gußeisen liegen.Such a welding process is known from DE-AS 1117 362. After that, a joint weld be carried out in the case of damaged steelworks molds, with one in the arc Live steel electrode a rod made of additional material in the form of cast iron with 3.3% carbon is melted. This first leads to a basic seam with 2.3% carbon, which is then followed by means of a cast iron electrode to be filled up Carbon content is applied. As a result, it can be achieved that the total applied welds are prevented by vacuum casting even when the steelworks molds are heavily used that will. It is essential for this that in the basic seam as a result of the use of a steel electrode the Phosphorus content is lower than that of cast iron and the contents of molybdenum, chromium and copper are higher than lying in cast iron.

Nach der DE-PS 9 76 962 ist weiterhin eine AuftragsschWeißung bekannt, um bei Stahlwerkskokilien ausgebrannte Werkstoffstellen zu ersetzen, indem zunächst mit Stahlelektroden in der zuvor freigelegten Aussparung eine Festlegung mit Wurzelnähten erfolgt, woraufhin dann eine erste Aüftragsschicht mit einer Stahlelektrode und einem Gußeisenstab aufgeschmoU zen wird und anschließend restliche Auftragischiehten ausschließlich mit einem stromführenden Gußeisenstab aufgebracht werden. Hierbei bilden sich zwischen den einzelnen Schichten Schrumpfrisse quer durch die Schweißraupen, so daß dieses Verfahren für eine Verbindungsschweißung nicht geeignet ist.According to DE-PS 9 76 962, job welding is also known to be used in steelworks ceramics Replace burned-out areas of material by first using steel electrodes in the previously uncovered Recess a definition with root sutures takes place, whereupon a first Aüftragsschicht with a Steel electrode and a cast iron rod is melted and then the remaining application layers can only be applied with a live cast iron rod. This forms between the individual layers of shrinkage cracks across the weld beads, so this process works for one Joint welding is not suitable.

Nach dem gattungsgemäßen Stand der Technik kommt es bei Verbindungsschweißungen in der Schweißnaht und den sich anschließenden Querschnitten zu erheblichen Spannungen, die durch Schrumpfungsvorgänge entstehen. Selbst bei Stählen mit sehr guten Schweißeigenschaften müssen bei großvolumigen Schweißnähten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Schrumpfspannungen gering zu halten. Letztere können dennoch so hoch werden, daß die Festigkeit erheblich sinkt und sogar Risse auftreten können, zu deren Vermeidung wiederum eine Reihe zusätzlicher Maßnahmen angewendet werden, wie Vorwärmen, Glühen nach dem Schweißen, Hämmern der Naht, Einsatz von Spezialelektroden und die Begrenzung der je Zeiteinheit zugeführten Wärme. Alle diese Maßnahmen erfordern jedoch erhöhten Zeit- und Kostenaufwand und führen auch nur bedinst zum Erfolg.According to the generic state of the art, connection welds in the The weld seam and the subsequent cross-sections lead to considerable stresses caused by shrinkage processes develop. Even with steels with very good welding properties, large-volume Welds precautions are taken to keep the shrinkage stresses low. The latter can nevertheless become so high that the strength drops considerably and even cracks appear can, in turn, a number of additional measures can be applied to avoid them, such as Preheating, annealing after welding, hammering the seam, use of special electrodes and the Limitation of the heat supplied per unit of time. However, all of these measures require increased time and Costs and only lead to partial success.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Schweißnaht und deren Umgebung entstehenden Schrumpfspannungen beim Schweißprozeß so auszugleichen, daß sie sich nur noch geringfügig auswirken.The invention is based on the object that occurs in the weld seam and its surroundings To compensate for shrinkage stresses during the welding process in such a way that they only have a minor effect.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung dient der Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1. für welchen die Vorschläge nach den Unteransprüchen 2 bis 5 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.The proposal according to the characterizing part of the patent claim serves to solve this problem 1. for which the proposals according to the dependent claims 2 to 5 advantageous further developments provide.

Für den durch den erfindungsgemäßen Vorschlag erzielten Erfolg ist die Fähigkeit einer differenzierten Martensitbildung der Stahlzusatzwerkstoffe wesentlich. Da Austenit ein kleineres spezifisches Volumen als Martensit hat, lassen sich die unterschiedlichen Volumina der Gefüge bei Lagen bzw. Raupen fi'r die Herstellung der Schweißverbindung ausnutzen. Bei einer Lage oder Raupe, deren Gefüge nach der Abkühlung martensitisch ist und einer darüber oder daneben befindlichen Lage oder Raupe, deren Gefüge bei Abkühlung überwiegend martensitisch ist. entsteht in der ersten Lage oder Raupe eine Zugspannung und in der zweiten eine Druckspannung. Diese Spannungen lassen sich in ihrer Größe durch Wahl und Art der Stahlzusatzwerkstoffe, aber auch durch die Wahl der Querschnitte der Einzelschweißraupen, beeinflussen. Bei entsprechender Wahl von Querschnitten und Stahlzusatzwerkstoffen läßt sich eine aus mehreren Schweißraupen bzw. Lagen bestehende Schweißnaht so vorspannen, daß die in den Anschlußquerschnitten und in der Naht selbst herrschenden Spannungen reduziert sind. Man kann auf diese Weise sehr dicke Querschnitte sowie Stahl mit mehr als 0.22% Kohlenstoff ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen schweißen. Bei dünnen Querschnitten ist zu beachten, daß auch dann in mehreren Schweißraupen oder -lagen gearbeitet werden muß. wenn nach dem üblichen Verfahren die Schweißverbindung mit nur einer Schweißraupe fertiggestellt werden könnte.For the success achieved by the proposal according to the invention, the ability of a differentiated Martensite formation of the steel filler materials is essential. Since austenite has a smaller specific volume than Martensite, the different volumes of the structure in layers or beads for the Utilize the creation of the welded joint. In the case of a layer or bead, the structure of which according to the Cooling is martensitic and a layer or bead above or next to it, whose structure is predominantly martensitic when cooled. tension is created in the first layer or bead and in the second a compressive stress. These tensions can be determined in their size by the choice and type of Steel filler materials, but also through the choice of the cross-sections of the individual weld beads. With the appropriate choice of cross-sections and additional steel materials, one of several can be selected Pretension existing weld seams or layers so that the connection cross-sections and tensions prevailing in the seam itself are reduced. You can make very thick cross-sections in this way as well as steel with more than 0.22% carbon without special precautions. With thin ones In cross-sections, it should be noted that even then several welding beads or layers are used got to. if the welded joint is completed with only one weld bead using the usual method could be.

Wenn eine Belastung wesentlich in Längsrichtung der Schweißnaht eintritt, werden die unterschiedlichen Lagen öder Raupen zweckmäßig gleichfalls in Längsrichtung der Schweißnaht angeordnet. Bei einer Belastung senkrecht zur Längsrichtung der Schweißnaht ist es hingegen zweckmäßig, die Lagen oder Raupen unter einem zur Schweißnaht geneigten Winkel,If a load occurs essentially in the longitudinal direction of the weld seam, the Layers of dull caterpillars also expediently in the longitudinal direction the weld seam arranged. With a load perpendicular to the longitudinal direction of the weld seam on the other hand, it is advisable to place the layers or beads at an angle that is inclined to the weld seam,

j insbesondere unter dem Winkel von 90°, anzuordnen.
j Demgemäß läßt sich gleichfalls bei einer in mehreren Richtungen bestehenden Beanspruchung der Schweißnaht so vorgehen, daß die Lagen oder Raupen teilweise in Längsrichtung zur Schweißnaht und teilweise unter einem hierzu geneigten, insbesondere 90° betragenden Winkel erstellt werden.j in particular at an angle of 90 °.
Accordingly, when the weld seam is stressed in several directions, the procedure is such that the layers or beads are created partly in the longitudinal direction to the weld seam and partly at an angle inclined thereto, in particular 90 °.

Für die Fertigung ist es besonders wirtschaftlich, wenn parallele Lagen oder Raupen unterschiedlichen Materials in einerr. einzigen Schweißgang erzeugt werden.It is particularly economical for production when parallel layers or beads are different Materials in one single welding pass can be generated.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die sich auf Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigtTo further illustrate the invention, reference is made to the exemplary embodiments Drawings referenced. In it shows

F i g. 1 einen Querschnitt und eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäß hergestellte Schweißverbindung, F i g. 1 shows a cross section and a top view of a first welded connection produced according to the invention,

Fig.2 und Fig.3 eine Schweißverbindung mit anderer Anordnung der Schweißraupen,Fig.2 and Fig.3 a welded connection with different arrangement of welding beads,

Fig.4 eine weitere Art einer erfindungsgemäßen Schweißverbindung und4 shows a further type of an inventive Welded joint and

F i g. 5 eine erfindungsgernäße Schweißverbindung mit Schweißraupen in unterschiedlichen Richtungen zur Schweißnaht einschließlich Querschnittsdarstellungen entsprechend der Schnittlinie A-A und B-B. F i g. 5 shows a welded joint according to the invention with weld beads in different directions to the weld seam, including cross-sectional representations corresponding to the section line AA and BB.

Das gemäß Fig. 1 dargestellte Srhweißverfahren sieht eine Verbindungsnaht zwischen zwei Blechen 1 und 2 vor. Nach der üblichen Nahtvorbereitung wird unter Zusatz eines der beiden Stahlzusatzwerkstoffe eine Wurzelnahl 3 in üblicher Weise hergestellt. Alle übrigen Schweißraupen 4 und 5 werden abwechselnd mit Martensit bildenden und mit nicht oder nur geringfügig Martensit bildendem Material gezogen. Dabei entstehen jeweils Schweißraupen 4 und 5 in abwechselnder Aufeinanderfolge.The welding process illustrated in accordance with FIG. 1 provides a connection seam between two metal sheets 1 and 2 before. After the usual seam preparation, one of the two steel filler materials is added a number of roots 3 produced in the usual way. All other weld beads 4 and 5 are alternated drawn with martensite-forming and with non-or only slightly martensite-forming material. This creates weld beads 4 and 5 in alternating succession.

Je nach den geometrischen Verhältnissen können die Schweißnähte auch die in den F i g. 2 und 3 dargestellten Querschnitte aufweisen. Maßgeblich ist in jedem FalleDepending on the geometric relationships, the weld seams can also be those shown in FIGS. 2 and 3 shown Have cross-sections. Is decisive in each case

ίο die Ausführung mindestens zweier Raupen oder Lagen. Bei einer Verbindung rechtwinklig zueinander stehender Bleche 1 und 2 läßt sich auch eine Ausführungsform gemäß Fig.4 wählen, bei der die einzelnen Raupen 4 und 5 senkrecht zur Erstreckung der gesamten Schweißnaht verlaufen.ίο the execution of at least two beads or layers. In the case of a connection of sheets 1 and 2 standing at right angles to one another, an embodiment according to FIG. 4 can also be selected, in which the individual Beads 4 and 5 run perpendicular to the extent of the entire weld seam.

Schließlich zeigt F i g. 5 im Querschnitt sowie in den Schnittdarstellungen A-A und B-B, daß man die einzelnen Schweißraupen in aufeinanderfolgenden Lagen mit unterschiedlicher Richtung zur Schweißnaht ausführen kann. Nach der Bildung einer Wurzelnaht 3 wird die entsprechend ausgearbeitete Vr iiindungsnut so aufgefüllt, daß die Schweißraupen in einer Lage in Längsrichtung der Verbindungsnaht verlaufen, während sie in der dann folgenden Lage sich senkrecht zurFinally, FIG. 5 in cross section and in the sectional views AA and BB that the individual weld beads can be carried out in successive layers with different directions to the weld seam. After the formation of a root seam 3, the correspondingly worked-out Vr iiindungsnut is filled in such a way that the weld beads run in one position in the longitudinal direction of the connection seam, while in the following position they are perpendicular to the

-5 Schweißnaht erstrecken. Diese Aufeinanderfolge läßt sich je narh Dicke der Schweißnaht mehrfach wiederholen, wie dies F i g. 5 in der Querschnittsdarstellung zeigt-5 extend weld. This sequence can be repeated several times depending on the thickness of the weld seam repeat as shown in FIG. 5 shows in the cross-sectional representation

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Welding process for joint welding of steels and of cast iron that can be welded with steel fillers, with at least two layers or beads with different factors influencing the specific volume of the structure Additional material can be created, characterized in that the layers or beads alternating from predominantly martensite-forming steel and from no or only slightly forming steel Steel can be created with the proviso that the layers or beads are pretensioned when cooling assume that due to the type of steel filler material and the cross-sectional size of the caterpillars, * can be specified.

Z welding method according to claim 1, characterized in that the different layers or beads are arranged in the longitudinal direction of the weld seam. _7Q

3. Sehn-eating method according to claim 1, characterized characterized in that the layers or caterpillars under are arranged at an angle inclined to the weld seam, in particular at an angle of 90 °.

4. Welding method according to claims 1 to 3, ₅ characterized in that the beads or layers are created partly in the longitudinal direction to the weld seam and partly at an angle inclined thereto, in particular 90 °.

5. Welding method according to claims 1 to 4, characterized in that parallel layers or Beads of different material can be produced in one welding process.